JP2014152847A - 真空断熱パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性を有する芯材とその周囲を覆う外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で封止された、耐久性に優れた真空断熱パネルを、大がかりな真空チャンバーを用いることなく簡便に製造する。
【解決手段】芯材を内包する二枚の外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で封止された真空断熱パネルを製造する際、その少なくとも片方の中央に膨出部が設けられた二枚の外包金属板の四辺の周縁部の内の一辺の外包金属板周縁部に、後段に行う溶接のラインを挟んで内側の外包金属板周縁部に溝を設けるとともに外側の二枚の外包金属板周縁部間にスペーサーを挿入した後に二枚の外包金属板周縁部のスペーサー挿入部以外の部位を溶接接合し、その後に、内側外包金属板周縁部に設けた溝及び二枚の外側外包金属板周縁部のスペーサー挿入部の隙間を経由して真空引きを行った後、前記スペーサーと溝間の溶接ライン上の隙間を潰しその箇所を溶接接合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば冷蔵庫や保冷庫、或いは保温庫や住宅等の断熱壁等に好適に用いられる真空断熱パネルの製造方法に関するものである。

昨今、電力不足などの影響によりあらゆる産業で省エネ製品や省エネ技術の開発が進められている。真空断熱パネルも省エネ対策の１つとして開発された商品であり、現在では冷蔵庫や自動販売機などの断熱材として、断熱性能を高めて消費電力を抑えるために広く採用されている。
また、住宅用の断熱材としての適用検討も進められているが、現行の真空断熱パネルは、例えば図１の左図に示すように、グラスウール等の芯材をアルミラミネートフィルムでヒートシールした構造のものが一般的である。

アルミラミネートフィルムでヒートシールした構造の真空断熱パネルでは、ヒートシール部から水分が透過して真空度が低下するため、活性炭やゼオライト等の吸着剤を封入しているが、それでも７〜８年で断熱性能が半減するといった問題がある。
このため、長期に亘って断熱性を維持できる真空断熱パネルの開発が望まれている。
そこで、例えば図１の右図に示すように、グラスウール等の芯材をステンレス鋼などの薄金属板で包み、真空引きした後、端部を溶接接合して真空断熱パネルを製造することが各種試みられている。そして、真空引き方法として各種方法が提案されている。

特許文献１では、芯材を包む金属外包材の一方に空気を案内して排出するための溝と溝に接続された排気口を設けて真空引き行う方法が提案されている。この方法では、予め真空引きを行う前にシーム溶接やプラズマ溶接などで溝及び排気口周辺の予備封止を行い、予備封止後に溝部を通して排気口より真空引きを行い、真空引き完了後、溝部周辺をプレスなどにより平らにした後に先と同じ溶接方法により平らになった溝部上を溶接し完全封止して、封止完了後、余分な材料をカットして真空断熱パネルを製造している。

また特許文献２では、外周部が溶接接合された上下包材によって形成される略平板状の空間内に厚肉領域と薄肉領域を兼ね備えたスペーサー（断熱材）を挿入し、真空引き時は厚肉領域と薄肉領域で発生する段差を利用して上下包材の内面が接触することを防止するとともに、排気通路を確保しながら排気口より真空引きを行った後、排気口を封止し、排気口手前を溶接接合し、その後に溶接箇所の外側をカットして真空断熱パネルを製造している。

ところで、特許文献１に記載の方法では、溝加工が必要で手間がかかるばかりでなく、真空引き後、溝部をプレスなどにより潰すが、完全に潰しきれなく隙間が発生し、溶接で溶け落ちが発生することがある。また、芯材収納部まで達している溝は、製品になった後も残留し、芯材収納部の平坦性が悪化する原因となっている。さらに、排気口の切除が必要となるだけでなく、カット除去した分の材料が無駄となる。

また特許文献２に記載の方法では、断熱材の厚さを変更した断熱パネルを作製することは手間がかかり、現実には無理である。また、断熱材の薄肉部では真空引きにより凹みが発生し平坦性が悪化する。そしてその凹みにより断熱性能も低下する。
さらに、スペーサーを挿入する収納部では隙間を確保することができるが、それ以外の箇所では初期の真空引きにより上下の板が接触するため排気通路が塞がれ、パネル内部の空気を排気口まで誘導できなくなることがあり、この場合は真空引きできなくなる。
さらにまた、排気後に排気口を切除する必要があり、その分、手間がかかる。

そこで、本発明者らは、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維等からなる断熱性に優れた芯材と、その周囲を覆うガス不透過性に優れた外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で封止された、耐久性に優れた真空断熱パネルを、大がかりな真空チャンバーを用いることなく簡便に製造する方法を特許文献３として提案している。

特開２００９‐２２８８０３号公報 特開２００１‐３１１４９７号公報 特願２０１２‐０３５８６６

特許文献３として提案した真空断熱パネルの製造方法は、図２に示すように、芯材を内包する二枚の外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で封止された真空断熱パネルを製造する際、その少なくとも片方の中央に膨出部が設けられた二枚の外包金属板の四辺の周縁部の内の一辺の外包金属板周縁部に、後段に行う溶接のラインを挟んで内側及び外側にスペーサーを挿入した後に二枚の外包金属板周縁部のスペーサー挿入部以外の部位を溶接接合し、その後に前記スペーサー挿入部の隙間を経由して真空引きを行った後、スペーサー間の隙間をプレスで潰し、スペーサー間の外包金属板周縁部を溶接接合しようとするものである。

前記方法は、真空引きの際に、スペーサー挿入部を除いての包材外周縁部を溶接接合した後にスペーサー挿入部に形成された隙間を経由して真空ポンプにより大気圧下で真空引きが可能であるため、大型の真空チャンバーは不要であり、設備が簡素であるばかりでなく、効率良く真空断熱パネルを製造することが可能となる。このような相乗的な効果により、高性能な真空断熱パネルが低コストで提供できる。
しかしながら、溶接線の内側と外側に２つのスペーサーを配置しているために、内側のスペーサーが封止後に残留するという問題点がある。内側にスペーサーが残留していても真空断熱パネルそのものの性能に影響を及ぼすことはないが、内側のスペーサーは使い捨てとなるため、大量の真空断熱パネルを製造する際には、大量のスペーサーのストックが必要となり製造コストの増加に繋がる可能性がある。また、内側のスペーサー自体は特に固定されていないため、持ち運びの際の振動などによりにスペーサーが移動して内部から音が発生する懸念もある。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維等からなる断熱性に優れた芯材と、その周囲を覆うガス不透過性に優れた外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で封止された、耐久性に優れた真空断熱パネルを、内部に不要なものを残存させることなく製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の真空断熱パネルの製造方法は、その目的を達成するため、断熱性を有する芯材と、その周囲を覆う二枚の外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記二枚の外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で封止された真空断熱パネルを製造する方法であって、その少なくとも片方の中央に膨出部が設けられた二枚の外包金属板の四辺の周縁部の内の一辺の外包金属板周縁部に、後段に行う溶接のラインを挟んで内側の外包金属板周縁部に溝を設けるとともに外側の二枚の外包金属板周縁部間にスペーサーを挿入した後に二枚の外包金属板周縁部のスペーサー挿入部以外の部位を溶接接合し、その後に、内側外包金属板周縁部に設けた溝及び二枚の外側外包金属板周縁部のスペーサー挿入部の隙間を経由して真空引きを行った後、溶接ライン上の二枚の外包金属板周縁部間の隙間を潰し、スペーサー間の外包金属板周縁部を溶接接合することを特徴とする。

外側の二枚の外包金属板周縁部間に挿入するスペーサーとしては、金属板、セラミックス板、ガラス板等の無機質成形体や、同物質の粉粒体を用いることができる。
また、外包金属板としては、ステンレス鋼板を用いることが好ましい。
なお、前記無機質成形体として板状体を用いる場合、溶接ラインに向かう方向に幅広となる切り込みを設けたものを用いることが好ましい。

本発明では、包材として金属板を用い、封止法として溶接接合法を採用している。このため、耐変形性に優れ、かつ長期に亘って真空度の維持が可能な真空断熱パネルが得られる。
しかも、真空引きの際、外包金属板周縁部内側に設けた凹溝と外包金属板周縁部外側のスペーサー挿入部の間を除いての包材外周縁部を溶接接合した後に、外包金属板周縁部内側に設けた凹溝と外包金属板周縁部外側のスペーサー挿入部とで二枚の包材間に形成された隙間を経由して真空ポンプにより大気圧下で真空引きが可能であるため、大型の真空チャンバーは不要であり、設備が簡素であるばかりでなく、効率良く真空断熱パネルを製造することが可能となる。
このような相乗的な効果により、高性能な真空断熱パネルが低コストで提供できる。

真空断熱パネルの構造を説明する概略図 先に提案した真空断熱パネルの製造方法を説明する概略図 先に提案した方法と対比した本発明の方法を説明する概略図 上記二つの真空断熱パネルの製造方法の断面状況を詳しく説明する図 真空断熱パネルの部材及び形状を説明する図 真空断熱パネル製造の実施例を説明する図

前記した通り、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維等からなる断熱性に優れた芯材を、その周囲をガス不透過性に優れた外包金属板で覆い、内部を長期に亘り高真空状態に維持できる真空断熱パネルを製造するためには、芯材をステンレス鋼などの薄金属板等の包材で包み、真空引きした後、端部を溶接接合する必要がある。
しかしながら、上下の包材間には僅かな隙間しか存在していないため真空引きが困難となる。このため、前記特許文献１，２等で見られるように各種の対策が考えられているが、それぞれ前記したような問題点がある。

そこで、本発明者らは、包材の重ね合わせ面から簡便に真空引きした後に封止接合することが可能な方法について鋭意検討し、前記したように特許文献３に示す方法を提案している。
図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、溶接線を挟んで内側及び外側にスペーサーを挿入し排気用の通路を確保した後に二枚の外包金属板周縁部のスペーサー挿入部以外の部位を溶接接合し、その後に前記スペーサー挿入部の隙間を経由して真空引きを行った後、スペーサー間の隙間をプレスで潰し、スペーサー間の外包金属板周縁部を溶接接合する方法である。しかしながら、この方法では前記したように溶接線の内側と外側に２つのスペーサーを配置しているために、内側のスペーサーが封止後に残留するという問題点がある。

そこで、本発明では、溶接線内側での排気用の通路確保のために、スペーサーに変えて外包金属板周縁部に凹溝を設けることにした。
すなわち、溶接線内側での排気用の通路確保のために、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、内側の外包金属板周縁部に凹溝を設けるとともに外側の二枚の外包金属板周縁部間にスペーサーを挿入することにした。
溝の断面形状に制限はない。断面半円形であってもよいし、Ｖ形であってもよい。或いは矩形であってもよい。比較的小さい溝を複数形成したものであってもよい。

本発明の他の特徴点は、特許文献３で提案したものと同様で構わない。
すなわち、本発明では、真空度を長期に亘って維持させるために、包材として金属板を用い、封止手段として溶接法を採用することとした。用いる金属板としては、アルミニウム合金板等でも良いが、耐変形性や長期に亘っての外観維持の観点から、強度及び耐食性に優れたステンレス鋼板を用いることが好ましい。また、採用する溶接手段としてはシーム溶接、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接、プラズマ溶接等の各種溶接法が適用できるが、溶接時に歪の発生が少ないレーザー溶接法が好ましい。

次に、本発明に基づいて真空断熱パネルを製造する具体的な手順について説明する。
少なくとも片方に芯材を収納する膨出部を有する上下２枚の外包金属板と、この外包金属板の前記膨出部に収納する、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維等からなる芯材を準備する。上下２枚の外包金属板として、好ましくは膨出部を形成した外包金属板の四辺周縁部の内のいずれか一辺の、後記の溶接のラインよりも内側部分に、予め凹溝を設けたものを準備する。
膨出部に芯材を収納し、上下２枚の外包金属板をその周縁部で重ね合わせる。この際、重ね合わされた上下２枚の外包金属板の四辺の周縁部の内のいずれか一辺に、予めスペーサーを挿入しておく。なお、スペーサー挿入部位は、前記内側部分に予め設けた溝と連続する部位とする。

その後、上下２枚の外包金属板周縁部を押えつけて前記溝形成部及びスペーサー挿入部を除いて両者間に隙間がないような状態にした後、１回目のレーザー溶接で上下２枚の外包金属板周縁部を、前記スペーサー挿入箇所を除いて溶接接合する。
そして、スペーサー挿入箇所を除いて溶接接合された上下２枚の外包金属板の間の大気を、溝成形部とスペーサー挿入部の空隙を経由させて真空引きを行う。
さらにその後、溝形成部とスペーサー挿入部の間の溶接ライン上の隙間をプレス法等で押し潰し、溶接ライン上で隙間がないような状態にして２回目のレーザー溶接で封止する。

なお、上記溝形成部とスペーサー挿入部の間の溶接ライン上の隙間を潰して封止する手段としては、例えばシーム溶接用電極により隙間の押し潰しと溶接封止を一工程で行ってもよい。
この一連の操作で、耐久性に優れた真空断熱パネルを簡便に低コストで製造することが可能となる。
スペーサーとしては、金属板、セラミックス板、ガラス板等の無機質成形体や、同物質の粉粒体を用いることができる。

図５（ａ）、（ｂ）に実験に使用した真空断熱パネルの部材及び形状を示す。ステンレス鋼板として、板厚0.15mmのSUS304板を用い、220mm×220mmのサイズの包材とした。一方の包材に190mm×190mm×5.0mmの芯材収容用の膨出部を張り出し成形により作製した。また膨出部を形成した包材の周縁部の膨出部形成側から10.0mmの長さで、直径5mmの半円断面の溝を形成した。
そして、下側包材の膨出部に、180mm×180mm×5.0mmのグラスウール製芯材を収容して、下側包材と上側包材の周縁部の、前記断面半円の溝形成部と対応する一辺の中央外側に、20mm×20mm×0.15mmのSUS304の鋼板に底辺の幅が3mmで深さが17mmとなる２等辺三角状の切り込みを入れた板材（図５（ｃ））をスペーサーとして挟み込んだ状態で上下包材を重ね合わせた。

次に図６を使って真空断熱パネルの製造方法を説明する。先ず、全体を押圧してスペーサー挿入部以外のフランジを密着させ、その後に向かい合ったスペーサーと溝の中央を通るライン、及びそれに繋がり、かつ上下包材の周縁端に平行になる上下包材の周縁部を、スペーサー挿入部を除いてレーザー溶接した。
その後、スペーサーと溝により形成された空隙を排気通路として、芯材収納部に存在する空気を真空ポンプで吸引した後、スペーサーと溝により形成された溶接ライン上の空隙を、短冊型の治具を用いて上下方向から押圧して潰した。
そして先ほど平滑にしたスペーサーと溝との間の溶接ライン上を第１回目のレーザー溶接箇所とラッフ゜するようレーザー溶接で封止した。
そして、余分な部分を切除した。
上記操作で、ステンレス鋼板を包材とした真空断熱パネルを作製した。

Claims (4)

1. 断熱性を有する芯材と、その周囲を覆う二枚の外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記二枚の外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で封止された真空断熱パネルを製造する方法であって、その少なくとも片方の中央に膨出部が設けられた二枚の外包金属板の四辺の周縁部の内の一辺の外包金属板周縁部に、後段に行う溶接のラインを挟んで内側の外包金属板周縁部に溝を設けるとともに外側の二枚の外包金属板周縁部間にスペーサーを挿入した後に二枚の外包金属板周縁部のスペーサー挿入部以外の部位を溶接接合し、その後に、内側外包金属板周縁部に設けた溝及び二枚の外側外包金属板周縁部のスペーサー挿入部の隙間を経由して真空引きを行った後、溶接ライン上の二枚の外包金属板周縁部間の隙間を潰し、スペーサー間の外包金属板周縁部を溶接接合することを特徴とする真空断熱パネルの製造方法。
2. スペーサーとして無機質成形体を用いる請求項１に記載の真空断熱パネルの製造方法。
3. スペーサーとして無機質粉粒体を用いる請求項１に記載の真空断熱パネルの製造方法。
4. 外包金属板としてステンレス鋼板を用いる請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空断熱パネルの製造方法。

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